DE1199137B - Kabinendruck-Regelungseinrichtung - Google Patents

Kabinendruck-Regelungseinrichtung

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DE1199137B
DE1199137B DEK42166A DEK0042166A DE1199137B DE 1199137 B DE1199137 B DE 1199137B DE K42166 A DEK42166 A DE K42166A DE K0042166 A DEK0042166 A DE K0042166A DE 1199137 B DE1199137 B DE 1199137B
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DE
Germany
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pressure
cabin
cabin pressure
regulating device
membrane
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Pending
Application number
DEK42166A
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English (en)
Inventor
John H Andresen Jun
Forest Knolls
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Kollsman Instrument Corp
Original Assignee
Kollsman Instrument Corp
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Filing date
Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64DEQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D13/00Arrangements or adaptations of air-treatment apparatus for aircraft crew or passengers, or freight space, or structural parts of the aircraft
    • B64D13/02Arrangements or adaptations of air-treatment apparatus for aircraft crew or passengers, or freight space, or structural parts of the aircraft the air being pressurised
    • B64D13/04Automatic control of pressure

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  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Pulmonology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Control Of Fluid Pressure (AREA)

Description

  • Kabinendruck-Regelungseinrichtung Die Erfindung betrifft eine Kabinendruck-Regelungseinrichtung, welche ein Auslaßventil, einen Kompressor und Meßeinrichtungen für den statischen Außendruck und den Kabinendruck aufweist und durch welche vorbestimmte Druck- und Druckänderungsverhältnisse in der Kabine aufrechterhalten werden.
  • Es ist eine Kabinendruck-Regelungseinrichtung bekannt, welche ein Auslaßventil aufweist, das durch einen Regler mit mehreren druckempfindlichen Elementen geregelt wird. Die bekannte Einrichtung sorgt für bestimmte Druckverhältnisse in der Flugzeugkabine. Es spricht auf die Steig- und Sinkgeschwindigkeit des Flugzeuges, die Differenz zwischen dem Außen- und dem Innendruck der Kabine und einen konstanten, innerhalb einer Membran aufrechterhaltenen Druck an. Die bekannte Kabinendruck-Regelungseinrichtung benötigt außer dem Auslaßventil weitere Ventile, um die gewünschte Regelung auszuführen.
  • Die bekannte Einrichtung arbeitet also rein mechanisch, wobei die die einzelnen Druckdifferenzen messenden Membranen direkt auf die zugeordneten Ventile einwirken. Die Druckmeßniembranen müssen daher sehr robust und stark ausgebildet sein, um die notwendigen, zur Betätigung der Ventile erforderlichen Kräfte aufzubringen. Diese Einrichtung arbeitet deshalb nicht sehr empfindlich.
  • Die Erfindung vermeidet die Nachteile der bekannten Einrichtung und sieht bei einer Kabinendruck-Regelungseinrichtung der obengenannten Gattung vor, daß eine erste auf den Kabinendruck ansprechende Meßeinrichtung auf einen ersten Gleichlaufgeber einwirkt, daß eine zweite auf den statischen Außendruck ansprechende Meßeinrichtung auf einen zweiten Gleichlaufgeber einwirkt, und daß die beiden Gleichlaufgeber ein zur Korrektur der Öffnung des Auslaßventils oder des Kompressors bestimmtes Fehlersignal liefern, wenn die Stellungen ihrer Rotoren, d. h. Kabinendruck und statischer Druck, nicht in einer vorbestimmten Beziehung stehen.
  • Bei der Kabinendruck-Regelungseinrichtung gemäß der Erfindung werden also die zu überwachenden Größen zunächst in elektrische Signale umgewandelt. Die Verarbeitung dieser Signale erfolgt in elektronischen Geräten, welche nicht, wie die zahlreichen mechanischen Teile der bekannten Einrichtung, einer ständigen Wartung bedürfen. Schließlich macht es die Erfindung möglich, eine bestimmte Beziehung zwischen statischem Außendruck und Kabinendruck aufrechtzuerhalten. Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles an Hand der Zeichnungen; in diesen zeigt F i g. 1 die Skala des Instrumentes der Kabinendruck-Regelungseinrichtung, F i g. 2 ein bestimmtes Diagramm des statischen Außendruckes und des Kabinendruckes, das gemäß der Erfindung eingehalten werden soll, und F i g. 3 ein schematisches Schaltbild der Kabinendruck-Regelungseinrichtung, die gemäß dem vorher festgelegten Diagramm (F i g. 2) arbeitet.
  • Die Erfindung geht davon aus, daß es für jeden Wert des Außendruckes einen festgelegten, zu regelnden Kabinendruck geben soll. Dabei soll wegen der Einfachheit der Instrumentation und der besseren Genauigkeit nicht der Außendruck selbst, sondern der Differenzdruck zwischen dem Inneren und dem Äußeren der Flugzeugkabine gemessen werden.
  • Die zwischen dem Außendruck und dein Kabinendruck aufrechterhaltene Beziehung ist in dem Diagramm in F i g. 2 dargestellt, in welchem auf der vertikalen Achse der Außendruck in m für Normalatmosphäre und in Torr (Absolutdruck) aufgetragen sind. Auf der horizontalen Achse ist eine Größe aufgetragen, die das Ausgangssignal darstellt, welches arforderlich ist, damit die richtigen Bedingungen aufrechterhalten werden. Als Ausgangssignal wird hier der Drehwinkel von Gleichlaufgeberrotoren verwendet. Die untere Kurve in F i g. 2 stellt den Kabinendruck als Funktion des Drehwinkels des Rotors eines ersten Gleichlaufgebers dar. Die obere Kurve stellt den statischen Außendruck in verschiedenen Höhen als Funktion des Drehwinkels des Rotors eines zweiten Gleichlaufgebers dar.
  • Bei einem bestimmten Außendruck soll ein bestimmter Kabinendruck aufrechterhalten werden. Die zueinandergehörenden Drücke sind durch eine vertikale Linie von der statischen Druckkurve zu der Kabinendruckkurve bestimmt.
  • Wenn ein Flugzeug immer auf einem Flughafen mit einem Druck, der einer Höhe von minus 300 m entspricht, startet und landet und wenn es seine Höhe langsam verändert, besteht immer eine feste Beziehung zwischen dem Innen- und dem Außendruck, w;e es in F i a. 2 dar-estellt ist. Bei der Aus-C C wahl der Kabinendruckkurve unter diesen Bedingun-,gen wird die Kurve so gewählt, daß sie die geringste C Maximal-eschwindiakeit der Kabinendruckänderuna C C C ergibt, während das Flugzeug auf seinem wahrschein-C lichsten Flu- ro-ramm steigt oder sinkt. CP C Die Regelungseinrichtung wird durch eine Einrichtung übersteuert, die auf einen gefährlich hohen Kabinendifferenzdruck anspricht. In einem solchen Fall erhöht diese Einrichtung die Geschwindigkeitsbegrenzung automatisch und sanft gerade so weit, daß eine übermäßige Steigerung des maximalen Differenzdruckes verhindert wird.
  • Da der Kabinendruck bei Landungen nicht unter den jeweiligen Außendruck des Flughafens sinken darf, ist eine vom Piloten einzustellende Einrichtung vorgesehen, die es ihm gestattet, während des Fluges den unteren Grenzwert des Kabinendruckes entsprechend der Flugplatzhöhe einzustellen. Dadurch kann die Einrichtun- während des Sinkens der festgelegten C Kurve folgen, bis der Kabinendruck dem Flugplatz-Außendruck gleich ist.
  • Das äußere Bild der Kabinendruck-Regelungseinrichtung ist in Fig. 1 dargestellt. Es ist ein C Instrument 10 mit einer Skala 11, auf der ein Zeiger 12 bewe-t wird. Der Zeiger 12 zeigt den herrschen-C C, den Kabinendruck an, so daß Fehler der Einrichtung leicht durch den Piloten bemerkt werden können. Weiter weist das Instrument ein Skalenseginent13 auf, welches durch eine öffnung in der Skala 11 sichtbar ist. Es zeigt den Höhendruck am Bestimmunasort des Flugzeuges an, welcher durch einen Knopf 14 von Hand eingestellt werden kann.
  • Der Aufbau der Kabinendruck-Regelungseinrichtung ist als Block 15 in F i g. 3 schematisch dargestellt. Die Kabinendruck-Regelungseinrichtung weist einen ersten und einen zweiten getrennten Druckfühler 16 und 17 auf. Der Druckfühler 16 besteht aus einer evakuierten Merabrankapsel, deren Äußeres dem Kabinendruck ausgesetzt ist, während der Druckfühler 17 aus einer Membrankapsel besteht, deren Inneres über ein Rohr 18 und durch eine Dämpfungskapillare 19 dem statischen Außendruck ausgesetzt ist. Die Kapillare macht den Druckfühler 17 gegen vorübergehende statische Druckänderungen als Folge von z. B. unruhiger Luft unempfindlich.
  • Die äußere Fläche der Membrankapsel des Druckfühlers 17 ist dem Kabinendruck ausgesetzt, wodurch die Membrankapsel sich in Abhängigkeit von der Druckdifferenz zwischen dem statischen Außendruck und dem Kabinendruck ausdehnt und zusammenzieht. Die Membrankapsel des Druckfühlers 16 wird dann mit einem Rotor 20 eines Gleichlaufgebers 21 wirksam verbunden, der eine Statorwicklung 22 und eine Rotorwicklung 23 aufweist.
  • Die Membrankapsel des Druckfühlers 17 wird mit dem Rotor 24 eines Gleichlaufgebers 25 verbunden, der ebenfalls- eine Statorwicklung 26 und eine Rotorwicklun- 27 aufweist. Die Verbindung zwischen dem Druckfühler 17 und dem Gleichlaufgeber 25 wird durch ein Gestänge 28 hergestellt, welches den Rotor 24 entsprechend dem Differenzdruck der Kurve nach F i g. 2 dreht, während der Rotor 20 gemäß der geraden Kabinendrucklinie nach F i g. 2 durch den Druckfühler 16 gedreht wird.
  • Die Gleichlaufgeber 21 und 25 werden im folgenden wegen ihrer besonderen Bauart mit »Synchrotel« bezeichnet. Die Rotorwicklung 27 des Synchrotels 25 wird durch eine Wechselspannung mit ungefähr 400 Hertz erregt. Wenn die Winkelstellungen der Rotoren 20 und 24 nicht in übereinstimmung mit dem vorgegebenen Diagramm nach F i g. 2 sind, entsteht eine Ausgangsspannung an der Rotorwicklung 23 des Synchrotels 21, die aus einer Wechselspannung mit einer von der Richtung der Druckdifferenz abhängigen Phase und einer von der Abweichung des Fehlers von seinem vorbestimmten Wert abhängigen Größe besteht.
  • Dieses so erzeugte Fehlersignal wird über einen Begrenzer 29, einen Summierungskreis 30, einen Verstärker 32 und einen Steuermotor 33 geleitet. Der Steuermotor 33 steuert die Stellung der Drosselklappe 34 eines Auslaßventils, welches die Verbindung zwischen der Flugzeugkabinenwand und der äußeren Atmosphäre herstellt.
  • Wenn demgemäß der Kabinendruck zu niedrig ist, wird in dem Begrenzer 29 ein Fehlersignal mit einer einen niedrigen Druck anzeigenden Phase und einer Größe erzeuat, die mit der Größe des Druckfehlers in Beziehung steht. Das Signal wird dann über den Summierungskreis 30 zu dem Verstärker 32 geleitet. Der Verstärker 32 treibt den Motor 33 bei einem Fehlersignal der einen Phase in der einen Richtung und bei einem Fehlersignal der anderen Phase in der anderen Richtung an.
  • Wenn der Kabinendruck somit zu gering ist, wird der Motor 33 angetrieben, um die Drosselklappe 34 zu schließen, so daß der Kabinendruck auf seinen vorbestimmten Wert ansteigen kann, worauf das Fehlersignal an dem Verstärker 32 wegen der richtigen Ausrichtung zwischen den Rotoren 20 und 24 der Synchrotels 21 und 25 verschwindet.
  • Um zu verhindern, daß sich ein gefährlich hoher Differenzdruck aufbaut, ist die Differenzdruck-Übersteue-un-Seinrichtung vorgesehen. Insbesondere wird der Synchrotel 25 so gedreht, daß ein Differenzdruck mit einem maximal zulässigen Wert eine Drehung von etwas weniger als 1801 bewirkt. Der Synchrotel 25 befindet sich elektrisch auf Null, so daß bei etwa 15 Torr unter dem maximalen Differenzdruck die Spannung an einem Paar von Leitungen der Statorwicklung 26 durch Null geht und ihre Phase ändert. In F i g. 3 ist das die Statorleitung 35, welche über einen Diskriminator 36 mit dem Summierungskreis 30 verbunden ist.
  • Der Diskriminator 36 ist so ausgebildet, daß er nach dem Nulldurchgang bei ansteigendem Differenzdruck nur die Stromphase der Statorwicklung 26 durchläßt. Die vom Diskriminator 36 unter dieser Bedingung an den Summierungskreis 30 gelieferte Spannung bildet immer ein im wesentlichen größeres Signal als das von dem Begrenzer 29 in den Summierungskreis 30 eintretende Signal; d. h., der auf dem Diagramm eingetragene Druck oder die Spannung wird durch den Begrenzer29 auf einen niedrigen Wert begrenzt. Der Ausgang des Diskriminators 36 wird im Summierungskreis 30 zu diesem Fehlersignal addiert. Das Differenzsignal übersteuert jedoch das durch das Diagramm festgelegte Spannungssignal, bevor ein Gefährlicher Zustand entstehen kann, wodurch der Ausgang zum Verstärker 32 abgeschaltet oder umgekehrt wird, wenn das Druckfehlersignal eine Änderung hervorruft, die zu einem gefährlich hohen Differenzdruck führt.
  • Um die Flugplatzhöhe einzustellen, bei welcher die Landung stattfinden soll, ist eine einstellbare Anhaltvorrichtung für das Gestänge 28 des Differenzdruckfühlers vorgesehen. Wie schematisch durch gestrichelte Linien 47 und 48 dargestellt, ist diese Vorrichtung durch den äußeren Knopf 14 zu verschieben, der auch in F i g. 1 dargestellt ist. Diese Einstellung stellt eine untere Begrenzung des Kabinendruckes entsprechend der Höheneinstellung auf dem Skalensegment 13 dar und verhindert die Drehung des Rotors 24 unter eine Winkelstellung, die dieser Flugplatzhöhe entspricht.

Claims (2)

  1. Patentansprüche: 1. Kabinendruck-Regelungseinrichtung, welche ein Auslaßventil, einen Kompressor und Meßeinrichtungen für den statischen Außendruck, den Kabinendruck und die Kabinendruckänderungsgeschwindigkeit aufweist und durch welche vorbestimmte Druck- und Druckänderuncsverhältnisse in der Kabine aufrechterhalten werden, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste auf den Kabinendruck ansprechende Meßeinrichtung (Druckfühler 16) auf einen ersten Gleichlaufgeber (21) einwirkt, daß eine zweite auf den statischen Außendruck ansprechende Meßeinrichtung (Druckfühler 17) auf einen zweiten Gleichlaufgeber (25) einwirkt und daß die beiden Gleichlaufgeber (21, 25) ein zur Korrektur der Öffnung des Auslaßventils (Drosselklappe 34) oder des Kompressors bestimmtes Fehlersignal liefern, wenn die Stellungen ihrer Rotoren (20, 24), d. h. Kabinendruck und statischer Druck, nicht in einer vorbestimmten Beziehung stehen.
  2. 2. Kabinendruck-Regelungseinrichtung nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Meßeinrichtungen aus je einer an sich bekannten Membran (Druckfühler 16, 17) bestehen, welche außen dem Kabinendruck ausgesetzt sind, wobei die erste Membran (Druckfühler 16) evakuiert ist, während die zweite Membran (Druckfühler 17) innen dem statischen Außendruck ausaesetzt ist. 3. Kabinendruck-Regelungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Innere der zweiten Membran (Druckiiihler 17) über eine Dämpfungskapillare (19) dem statischen Außendruck ausgesetzt ist. 4. Kabinendruck-Regelungseinrichtung nach Anspruch 1. bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das von den beiden Gleichlaufgebern (21, 25) gebildete Fehlersignal über einen Begrenzer (29), Summierungskreise (30, 31) und einen Verstärker (32) einem Steuerrnotor (33) für die öffnung und Schließung einer die Verbindung mit der Atmosphäre herstellenden Drosselklappe (34) zugeführt wird. 5. Kabinendruck-Regelungseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß je eine Leitung (35) der Statorwicklungen (22, 26), deren Spannung beim Aufbau eines gefährlich hohen Differenzdruckes durch Null geht und ihre Phase ändert, über einen Diskriminator (36) mit dem ersten Summierungskreis (30) verbunden ist. In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschriften Nr. 2 905 071, 2 909 323.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2905071A (en) * 1957-04-23 1959-09-22 United Aircraft Corp Pressure control mechanism
US2909323A (en) * 1956-05-02 1959-10-20 Garrett Corp Aircraft cabin air conditioning system

Patent Citations (2)

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